懸浮聚合法制備聚苯乙烯珠粒

1、懸浮聚合法制備聚苯乙烯珠粒一、實驗?zāi)康牧私鈶腋【酆系姆磻?yīng)原理及配方中各組分的作用。了解珠狀聚合實驗操作及聚合工藝的特點。通過實驗，了解苯乙烯單體在聚合反應(yīng)上的特性。二、學(xué)時：8三、實驗原理懸浮聚合是指在較強(qiáng)的機(jī)械攪拌下，借懸浮劑的作用，將溶有引 發(fā)劑的單體分散在另一與單體不溶的介質(zhì)中（一般為水）所進(jìn)行的聚合。 根據(jù)聚合物在單體中溶解與否，可得透明狀聚合物或不透明不規(guī)整的 顆粒狀聚合物。像苯乙烯、甲基丙烯酸酯，其懸浮聚合物多是透明珠 狀物，故又稱珠狀聚合;而聚氯乙烯因不溶于其單體中，故為不透明、 不規(guī)整的乳白色小顆粒（稱為顆粒狀聚合）。懸浮聚合實質(zhì)上是單體小液滴內(nèi)的本體聚合，在每一個單體小液 滴

2、內(nèi)單體的聚合過程與本體聚合是相類似的，但由于單體在體系中被 分散成細(xì)小的液滴，因此，懸浮聚合又具有它自己的特點。由于單體 以小液滴形式分散在水中，散熱表面積大，水的比熱大，因而解決了 散熱問題，保證了反應(yīng)溫度的均一性，有利于反應(yīng)的控制。懸浮聚合 的另一優(yōu)點是由于采用懸浮穩(wěn)定劑，所以最后得到易分離、易清洗、 純度高的顆粒狀聚合產(chǎn)物，便于直接成型加工?？勺鳛閼腋┑挠袃深愇镔|(zhì):一類是可以溶于水的高分子化合物， 如聚乙烯醇、明膠、聚甲基丙烯酸鈉等。另一類是不溶于水的無機(jī)鹽 粉末，如硅藻土、鈣鎂的碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽等。懸浮劑的性能 和用量對聚合物顆粒大小和分布有很大影響。一般來講，懸浮劑用量 越大

3、，所得聚合物顆粒越細(xì)，如果懸浮劑為水溶性高分子化合物，懸 浮劑相對分子質(zhì)量越小，所得的樹脂顆粒就越大，因此懸浮劑相對分 子質(zhì)量的不均一會造成樹脂顆粒分布變寬。如果是固體懸浮劑，用量 一定時，懸浮劑粒度越細(xì)，所得樹脂的粒度也越小，因此，懸浮劑粒 度的不均勻也會導(dǎo)致樹脂顆粒大小的不均勻。為了得到顆粒度合格的珠狀聚合物，除加入懸浮劑外，嚴(yán)格控制 攪拌速度是一個相當(dāng)關(guān)鍵的問題。隨著聚合轉(zhuǎn)化率的增加，小液滴變 得很粘，如果攪拌速度太慢，則珠狀不規(guī)則，且顆粒易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。 但攪拌太快時，又易使顆粒太細(xì)，因此，懸浮聚合產(chǎn)品的粒度分布的 控制是懸浮聚合中的一個很重要的問題。掌握懸浮聚合的一般原理后，本實驗僅

4、對苯乙烯單體及其在珠狀 聚合中的一些特點作一簡述。苯乙烯是一個比較活潑的單體，易起氧 化和聚合反應(yīng)。在貯存過程中，如不添加阻聚劑即會引起自聚。但是， 苯乙烯的游離基并不活潑，因此，在苯乙烯聚合過程中副反應(yīng)較少， 不容易有鏈支化及其它歧化反應(yīng)發(fā)生。鏈終止方式據(jù)實驗證明是雙基 結(jié)合。另外，苯乙烯在聚合過程中凝膠效應(yīng)并不特別顯著，在本體及 懸浮聚合中，僅在轉(zhuǎn)化率由50%70%時，有一些自動加速現(xiàn)象。因 此，苯乙烯的聚合速度比較緩慢，例如與甲基丙烯酸甲酯相比較，在 用同量的引發(fā)劑時，其所需的聚合時間比甲基丙烯酸甲酯多好幾倍。四、實驗儀器及試劑250mL三口瓶，電動攪拌器，恒溫水浴，冷凝管，溫度計，吸管

5、， 抽濾裝置苯乙烯，聚乙烯醇，過氧化二苯甲酰，甲醇五、實驗步驟在250 mL三頸瓶上，裝上攪拌器和水冷凝管。量取45 mL去離 子水，稱取0.2 g聚乙烯醇（PVA）加入到三頸瓶中，開動攪拌器并加 熱水浴至90 C左右，待聚乙烯醇完全溶解后（20 min左右），將水溫 降至80 C左右。稱取0.15 g過氧化二苯甲酰（BPO）于一干燥潔凈的50 mL燒杯中， 并加入9 mL單體苯乙烯（已精制）使之完全溶解。將溶有引發(fā)劑的單體倒入到三頸瓶中，此時需小心調(diào)節(jié)攪拌速度， 使液滴分散成合適的顆粒度（注意開始時攪拌速度不要太快，否則顆 粒分散的太細(xì)），繼續(xù)升高溫度，控制水浴溫度在8689 C范圍內(nèi)， 使

6、之聚合。一般在達(dá)到反應(yīng)溫度后23 h為反應(yīng)危險期，此時攪拌 速度控制不好（速度太快、太慢或中途停止等），就容易使珠子粘結(jié)變 形。在反應(yīng)3 h后，可以用大吸管吸出一些反應(yīng)物，檢查珠子是否變 硬，如果已經(jīng)變硬，即可將水浴溫度升高至9095 C，反應(yīng)1 h后 即可停止反應(yīng)。將反應(yīng)物進(jìn)行過濾，并把所得到的透明小珠子放在25 mL甲醇中 浸泡20 min（為什么？），然后再過濾（甲醇回收），將得到的產(chǎn)物用約 50 C的熱水洗滌幾次（為什么?），用濾紙吸干后，置產(chǎn)物于5060 C 烘箱內(nèi)干燥，計算產(chǎn)率，觀看顆粒度的分布情況。七、問題與討論試考慮苯乙烯珠狀聚合過程中，隨轉(zhuǎn)化率的增長，其反應(yīng)速度和 相對分子的變化規(guī)律?？紤]自動加速為什么聚乙烯醇能夠起穩(wěn)定劑的作用？聚乙烯醇的質(zhì)量和用量在 懸浮聚合中，對顆粒度影響如何？吸附在液滴表面，形成一層保護(hù)膜，使液滴連接時不會粘結(jié)，同時 加入水溶性高分子物質(zhì)以后，介質(zhì)粘度增加，也有礙于液滴的粘連； 另外還有降低界面張力的作用，有利于液滴變小，因此聚乙烯醇能夠 起穩(wěn)定劑的作用懸浮劑用量越大，聚合物顆粒越細(xì)，若懸浮劑為水溶性高分子 化合物，懸浮劑相對分子質(zhì)量越小，所得樹脂顆粒就越大，若是固體 懸浮劑，用量一定時，懸浮劑粒度越細(xì)，所得樹脂的粒度也越小根據(jù)實驗的實踐，你認(rèn)為在珠